Venturimetro

INTRODUCCIÓN

El venturímetro es uno de los medidores de caudal mas utilizados en el medio, su principio de funcionamiento esta basado en la disminución de la presión entre dos secciones causadas por un estrangulamiento del diámetro de la tubería.

En todos los sistemas de conducción de fluidos se nos hace necesaria la medición del caudal volumétrico con diferentes propósitos, una de las que podríamos mencionar las evaluaciones de funcionamiento, la investigación y el control de procesos industriales.

En las bombas, ventiladores, compresores, motores de reacción, cohetes y turbinas de gas son fundamentalmente máquinas de fluidos, las naves aéreas y los barcos se mueven a trabes de medios fluidos. La dinámica de los fluidos gobierna la atmósfera y el tiempo. Todas las máquinas tienen que ser lubricadas, el lubricante es un fluido.

Aun los tubos al vació de una radio funcionan en virtud de un gas electrónico y por complejo o esotérico que sea un dispositivo, los conceptos básicos de la dinámica de fluidos siguen vigentes. Al que domine los pocos principios básicos de esta ciencia se le abre todo un mundo de aplicaciones.

OBJETIVOS

• Que el estudiante experimentalmente determine el caudal con un venturímetro.

• Dibujar la curva de caudales del venturímetro.

• Obtener el coeficiente de descarga para la calibración del venturímetro.

• Obtener la ecuación empírica para la descarga del venturímetro a ensayar.

MARCO TEÓRICO

Presión en un fluido

En general, un fluido siempre se encuentra contenido por alguna otra materia, esto provoca que el fluido entre en contacto con una cierta área superficial, pero debido a la tercera ley de Newton, estos cuerpos que entran en contacto, se ejercen fuerza el uno al otro. Por lo tanto existe una presión ejercida por el fluido a su contenedor. En general, la importancia de la presión en un fluido se debe a que esta es la expresión de la energía interna del fluido. Esto es de importancia, debido que al hacer un balance de energía, esta se conserva en el sistema, entonces, si la variación energética no es en torno a la posición o velocidad del fluido, esta será en torno a la presión o temperatura del fluido.

Medidores de presión de un fluido

Figura No. 1 Distintas formas de medir la presión estática de un fluido.

Manómetro de tubo en U simple

Este medidor de presión se basa en la ecuación general de la presión de una columna de un fluido. Debe hacerse notar que el tubo en U, se encuentra lleno hasta cierto nivel de un fluido de densidad mayor al fluido de prueba, y el resto lleno con el mismo fluido de prueba.

Si se desea comparar la presión en dos puntos distintos de un fluido, se introduce uno de los extremos del tubo en U en un lado y el otro extremo en el segundo punto. Al conectar el medidor, este registrará una diferencia de altura, proporcional a la diferencia de presión entre los dos puntos, para este medidor se tendrá que la ecuación que relación la diferencia de presión es:

Donde:

• P es la presión,

• R es la diferencia de alturas en el tubo de U,

• ρ es la densidad,

• g es la gravedad,

• a se refiere a uno de los dos puntos y b al segundo de ellos y

• A se refiere al fluido del manómetro y B al fluido de prueba.

Tubo en U de dos fluidos

Este es muy similar al manómetro descrito anteriormente, pero, sirve para la medición de dos fluidos, esto se logra, ampliando las cavidades del tubo en una sección. Con esto, colocan los dos tubos, permitiendo una variación que permite medir la diferencia de presión, de acuerdo con la siguiente ecuación:

Donde:

• P es la presión,

• R es la diferencia de alturas en el tubo de U,

• ρ es la densidad,

• g es la gravedad,

• a se refiere a uno de los dos puntos y b al segundo de ellos y

• A se refiere al fluido del manómetro, B y a los fluidos de prueba.

Tipos de flujo

Existen, en general, diversos tipos de flujo, hay varias clasificaciones, de acuerdo a su comportamiento con respecto a la viscosidad y de acuerdo con el régimen o forma con la que fluyen. Los fluidos que responden a la viscosidad de acuerdo con la ley de Newton se llaman fluidos Newtonianos, no obstante existen otros, que requieren un esfuerzo adicional antes de comenzar a fluir, en general, se analizan los fluidos Newtonianos que son más sencillos de analizar. Otra posible clasificación, es de acuerdo con el tipo de régimen bajo el cual fluyen. Aquí cabría hacer la clasificación entre fluido laminar y fluido turbulento.

Flujo laminar

Figura No. 2 Perfil de velocidad del flujo laminar.

Mucho se ha hablado de los regímenes de flujo, mas no se ha explicado mayor cosa de ellos. En general, los regímenes de importancia son laminar y turbulento, el flujo laminar es el flujo en el cual no existe entremezclado.

Se ha explicado con el experimento de Reynolds que consistía en hacer fluir agua en un tubo transparente, a diferentes velocidades, en determinado momento, cuando el régimen de flujo se encuentra bien establecido, se inyecta un líquido de color y se observa la tendencia del colorante

En el régimen laminar, no existe mezclado y el colorante se mueve en línea recta, lo que permite que el fluido en régimen laminar se considere como un fluido de placas infinitesimales que son desplazadas por la acción del esfuerzo cortante que se les aplica.

Estas placas forman un perfil de velocidad, debido a que a medida que se acerca al extremo de el tubo que trasiega el fluido la velocidad de trasiego es menor, lo que produce un perfil de velocidades con forma de ojiva que es mejor definida mientras más pequeña sea la velocidad de flujo.

Medidores de flujo

De manera general, existen siete tipos fundamentales de medidores de flujo, a continuación se hará una extensa lista de medidores de flujo, con sus descripciones, utilización y algunas ecuaciones características para el manejo de datos, con los mismos.

El medidor de flujo doble consta de dos manómetros que se montan en la parte posterior de un instrumento sencillo, siendo posible para ambos registrar sobre la misma grafica. Este montaje es

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